STUDY ON INFLUENCING FACTORS OF FINE DYNAMIC MODEL OF CED400 HIGH SPEED PANTOGRAPH1)

受电弓精细动力学建模及固有振动特性分析对于进行结构优化设计,提高装备性能具有重要意义。对于结构可靠和性能优良的高速受电弓,不仅取决于整体动力学特性,局部振动特性也成为其中的关键环节。本文对受电弓精细动力学建模方法进行了研究,讨论了不同影响因素对受电弓固有振动特性的影响。研究表明,受电弓主要部件适当的质量分布和连接设置特性是获得符合实际结构固有振动特性的重要保证。     

高速受电弓固有振动特性的实验研究

高速列车行驶过程中,弓网共振会增大受电弓与接触网振幅,这可能导致弓网离线、受流质量降低,甚至损坏受电弓和接触网。实验研究不同运行工况下受电弓的固有振动频率和模态振型,规避弓网共振,对于未来电气化铁路的弓网优化设计至关重要。本文针对DSA380型高速受电弓,用自由和橡胶边界模拟受电弓的两种运行工况,获得了弓头的固有振动频率和模态振型,实验结果表明弓头振动特性与弓网接触状态密切相关。     

挠性航天器太阳翼全局模态动力学建模与实验研究

现代柔性航天器通常安装有大型太阳翼为其在轨运行提供所需动力. 航天器入轨后太阳翼展开并锁定成为铰链连接多板结构, 此类结构质量轻、跨度大、刚度低的特点使其低频振动和非线性振动问题越来越凸显. 分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统精确的非线性动力学模型. 为此, 本文提出铰链连接多板结构解析全局模态的提取方法, 获取太阳翼的固有频率和解析函数表征的全局模态. 提出可变刚度的扭转弹簧等效模型, 考虑铰链非线性刚度及摩擦力矩等因素, 通过全局模态离散得到系统的低维高精度非线性动力学模型, 研究了太阳翼在周期激励作用下的非线性特性. 开展太阳翼地面振动实验研究, 采用锤击法获取系统模态, 利用振动台施加正弦扫频激励, 将物理实验结果与理论结果进行对比, 从而验证全局模态动力学建模方法的合理性与准确性. 结果表明, 铰链刚度等结构参数对系统固有特性的影响较大, 铰链的存在会使太阳翼的动态响应出现跳跃等非线性现象. 全局模态动力学建模方法能很好地解决多板结构在非经典边界下解析全局模态求解的困难, 系统全局模态反映的是系统各个部件弹性振动的真实模态, 所建立的动力学模型具有低维高精度的特点, 对于复杂组合结构非线性动力学建模具有重要的参考价值.      

直升机结构动特性建模技术研究

在直升机设计阶段通过建模分析进行全机动特性设计,准确地预测全机振动响应是控制和降低直升机振动水平的关键技术,本文以某直升机为研究对象,对机体结构的动特性建模技术进行了深入的研究.采用从部件到全机建模的研究策略,把整个机体分成尾段、舱门、机身段,分别进行有限元建模、动特性试验、相关分析、模型修改技术和建模准则的研究.在此基础上,对部件连接界面建模分析,组装修改后的各部件模型,建立全机动特性分析模型.通过对该机动力学建模、试验相关分析与模型修改,大大增强了分析模型的预测能力,达到了40Hz以内的频率误差小于11%的预测精度,突破了对直升机复杂结构建模关键技术,建立了适用于直升机结构动力学分析的建模准则,在该机动特性设计中取得了成功.     

含裂纹梁非线性静动力特性及简化动力学建模Static and dynamic behaviour of cracked beam and simplified dynamic model

主要研究裂纹对梁结构动力特性的影响规律,进而为含裂纹梁结构状态监测提供理论依据。首先,对裂纹影响区域进行分析,建立含裂纹梁二维接触非线性有限元模型,阐明含裂纹梁具有拉压不同刚度的静力特性;其次,通过对机理模型的分析,指出拉压不同刚度会引起轴向与弯曲的耦合振动;然后,通过非线性动力学分析方法研究其动力特性,观察到含裂纹梁在冲击荷载下会产生轴向与弯曲的耦合振动现象,并指出这种轴向与弯曲耦合振动的一个重要特征是轴向振动频谱图中含有弯曲振动基频的两倍频成分;最后,通过引入非线性弹簧建立一种新颖的含裂纹梁简化动力学模型,通过与精细有限元分析对比,验证了模型的合理性。该简化动力学模型将接触非线性问题转换为材料非线性问题,避免了费时的接触非线性动力学求解过程。     

含裂纹梁非线性静动力特性及简化动力学建模

主要研究裂纹对梁结构动力特性的影响规律,进而为含裂纹梁结构状态监测提供理论依据。首先,对裂纹影响区域进行分析,建立含裂纹梁二维接触非线性有限元模型,阐明含裂纹梁具有拉压不同刚度的静力特性;其次,通过对机理模型的分析,指出拉压不同刚度会引起轴向与弯曲的耦合振动;然后,通过非线性动力学分析方法研究其动力特性,观察到含裂纹梁在冲击荷载下会产生轴向与弯曲的耦合振动现象,并指出这种轴向与弯曲耦合振动的一个重要特征是轴向振动频谱图中含有弯曲振动基频的两倍频成分;最后,通过引入非线性弹簧建立一种新颖的含裂纹梁简化动力学模型,通过与精细有限元分析对比,验证了模型的合理性。该简化动力学模型将接触非线性问题转换为材料非线性问题,避免了费时的接触非线性动力学求解过程。     

典型纳尺度结构的热振动

热振动是一定温度下纳尺度结构的固有运动,对其动力学行为有着重要的影响.当空间进入纳米尺度,结构呈现离散性,量子效应、边界效应、范德华力等变得不可忽略,纳尺度结构在热噪声随机激励下的动力学行为表现出众多异乎寻常的特性.以碳纳米管和石墨烯为代表的纳尺度碳材料具有优良的力学、电学和化学性质.在此介绍多种针对纳尺度结构热振动问题的研究方法、及碳纳米管和石墨烯的低温热振动、碳纳米管的非线性热振动研究进展.     

封面故事

<正>图中所示为碳纳米管和石墨烯的热振动示意图。纳尺度结构在一定温度下存在不可消除的固有热振动,对其动力学行为有着重要的影响。同时,在纳米尺度下,结构的离散性、量子效应、边界效应及范德华力等变得不可忽略,纳尺度结构在热噪声随机激励下的动力学行为表现出众多异乎寻常的特性。掌握其动力学规律     

平面内外加速旋转薄壁圆环动力学特性

基于Euler-Bernoulli梁模型理论,综合考虑科氏力和离心力的影响,分析旋转薄壁圆环微元的动能、应变能和外力矩做功,由高阶Hamilton原理以及几何大变形理论,建立了加速旋转薄壁圆环平面内外空间四自由度动力学微分方程。依据波动法中相位封闭原理,对振动进行求解分析,分析了角速度和角加速度对薄壁圆环动态特性的影响。结果表明:恒速状态下,薄壁圆环的幅频曲线存在分支现象,相频曲线复杂化;角加速度仅影响振动幅值,基本不改变固有圆频率。文章为加速旋转薄壁圆环平面内外振动特性的研究提供了理论建模和计算方法,扩展了波动法在弹性体动力学计算方面的应用。     

四角点简支双稳态层合板振动特性研究

双稳态层合板作为一种柔性可变体结构,为实现振动状态下的构型调控,将对其开展固有振动特性的 研究．本文以四角点简支约束的矩形非对称铺设双稳态板作为研究对象,运用最小势能原理、一阶剪切变形理 论、以及冯卡门几何非线性位移应变关系,得到双稳态板的两种稳态构型．首次给出了适合于四点简支的6参 数构型函数与17参数构型函数,研究对比发现对于稳态构型采用17参数的构型函数结果相对更精确;对于应 用线性位移应变关系的基于任一稳态构型下振动固有特性而言,这两种构型函数得到的结果基频相差2 %,其 它阶次频率相差也不大．随后采用6参数构型函数得到的稳态构型研究了几何尺寸、铺层数分别对两种稳态构 型固有振动特性的影响．本研究对于进一步研究该类结构动态跳变机理具有重要意义．     

高速弓网系统动力学参数敏度分析及优化

随着高速列车运行速度的提升, 弓网关系这一基础力学问题备受关注. 良好的弓网关系是确保列车安全高效运行、稳定可靠受流、降低接触线与受电弓滑板磨耗等的基本前提. 其中, 受电弓和接触网的动力学参数对弓网耦合作用起至关重要的作用. 本文采用弓网接触力随机统计特征作为优化目标函数,进行受电弓动力学参数的敏度分析和优化设计. 首先, 建立了二维弹性链悬挂接触网-三质量块受电弓动力学模型,根据EN50318: 2018标准验证了动力学建模和分析结果的正确性. 然后, 基于高速弓网系统的动力学仿真, 进行了DSA380型高速受电弓三质量块参数的动力学敏度分析, 确定了9个动力学参数的敏感度级别, 弓头等效质量敏度评级最高,下框架等效阻尼次之, 下框架等效质量和上框架等效阻尼第三. 最后, 研究了弓头等效刚度和等效阻尼联合变化对弓网耦合动力学性能的影响,给出了提升弓网耦合性能的弓头双参数优化方案, 建议同时减小弓头等效阻尼和增大弓头等效刚度, 能够实现比单参数优化更好的弓网耦合性能.      

高速列车受电弓风洞试验研究

为了研究高速列车受电弓在较高速度下的整体气动特性、弓网接触压力以及受电弓对支持绝缘子的作用力等综合性能,在FD-09低速风洞中进行了测力试验。试验采用测力天平和力传感器进行测量。通过在FD-09风洞试验段内安装收缩地板的方式首次将受电弓试验风速提高到了380km/h,可以满足高速列车受电弓高速性能研究的需求。研究结果表明：受电弓相对列车运行方向对受电弓升力特性有显著的影响,对弓网接触压力也有较大的影响;通过调节导风板的角度可以有效控制弓网接触压力;受电弓对支持绝缘子的作用力表现为前面拉力后面压力。     

高速弓网系统动力学参数敏度分析及优化

随着高速列车运行速度的提升,弓网关系这一基础力学问题备受关注.良好的弓网关系是确保列车安全高效运行、稳定可靠受流、降低接触线与受电弓滑板磨耗等的基本前提.其中,受电弓和接触网的动力学参数对弓网耦合作用起至关重要的作用.本文采用弓网接触力随机统计特征作为优化目标函数,进行受电弓动力学参数的敏度分析和优化设计.首先,建立了二维弹性链悬挂接触网-三质量块受电弓动力学模型,根据EN50318:2018标准验证了动力学建模和分析结果的正确性.然后,基于高速弓网系统的动力学仿真,进行了DSA380型高速受电弓三质量块参数的动力学敏度分析,确定了9个动力学参数的敏感度级别,弓头等效质量敏度评级最高,下框架等效阻尼次之,下框架等效质量和上框架等效阻尼第三.最后,研究了弓头等效刚度和等效阻尼联合变化对弓网耦合动力学性能的影响,给出了提升弓网耦合性能的弓头双参数优化方案,建议同时减小弓头等效阻尼和增大弓头等效刚度,能够实现比单参数优化更好的弓网耦合性能.     

张拉整体结构的动力学等效建模与实验验证

为了实现张拉整体结构高效动力学计算, 并考虑其大范围运动中柔性杆局部动态屈曲, 提出了一种受压细长杆动力学降阶模型, 采用五节点弹/扭簧集中质量离散模型等效连续杆的静力学和动力学特性. 首先, 通过静力学等效分析推导了弹簧拉压刚度和扭簧弯曲刚度表达式, 可准确预测杆件受压屈曲和近似预测其后屈曲行为. 第二, 通过动能等效分析推导了集中质量表达式, 可准确预测杆在线速度场下的运动. 第三, 通过弯曲振动固有模态等效分析确定弯曲刚度和节点质量的分布参数, 合适的分布参数取值组合可将降阶模型前两阶固有频率相对误差均降低至1%以内. 第四, 在全局坐标系下建立张拉整体结构瞬态动力学方程, 并利用静力凝聚法实现方程高效迭代求解. 最后, 分别对球形张拉整体结构准静态压缩、模态分析和碰撞动力学进行仿真和实验对比分析, 证明了提出的动力学降阶模型可有效预测张拉整体结构的静力学行为、固有振动特性及瞬态动力学响应, 并分析了结构参数变化对其力学特性的影响规律. 本文提出的动力学等效建模与计算方法, 可望用于软着陆行星探测器、大型可展开空间结构及点阵材料等复杂张拉整体系统的动力学分析与控制.      

输流管道动力有限元建模及实验研究

在输流管道系统中由结构-流体相互耦合作用导致的管道振动对工业生产的安全性、经济性具有重要影响。工程中常用有限元中的管单元建立管道动力学模型,用附加质量法或顺序耦合方法进行输流管道系统的动力学分析,这种建模和分析方法可能会造成管道中结构-流体相互耦合效应的缺失。本文搭建了输流管道系统的实验平台,分别在管道无水和充水两种状态下进行管道系统模态实验,并将实验结果分别与所建立的无水管道有限元模型和充水管道流固耦合模型分析结果进行了对比,验证了壳单元及实体单元管道动力学模型的合理性。通过实验和数值分析研究其动力特性发现：壳单元动力学模型更合理准确,管道系统由于流固耦合作用的影响产生了新的振动形态;附加质量法分析结果缺失了系统的某些低阶模态,表明了输流管道系统流固直接耦合动力学建模的必要性。     

机械系统摩擦动力学研究进展

摩擦环节对机械系统动力学行为有重要、甚至可能是关键的影响. 深入研究摩擦及摩擦动力学特点,对于解决机械系统中摩擦带来的不利影响, 发挥其有利作用, 是非常重要的. 本文介绍和评述了机械系统摩擦动力学的研究进展, 包括常用的摩擦模型及其特性, 摩擦系统自激振动、强迫振动和摩擦振动控制等. 除理论研究方法之外, 重点讨论了制动噪声振动、摩擦耗能和多领域摩擦振动控制等摩擦动力学的应用研究.     

悬停状态下无铰式旋翼动力学参数试验研究

旋翼结构参数及动力学参数对旋翼动力学特性有着重要影响。随着旋翼结构型式的不断更新,在旋翼设计中需要考虑的动力学参数也相应增加,从而使旋翼的动力学问题更加复杂化。本文通过在２米旋翼试验台上进行的试验,用测量桨叶频响函数和稳态响应的方法研究了悬停状态预锥角、预掠角和总距角等旋翼结构参数对桨叶固有特性及气动弹性稳定性的影响规律,并同计算结果进行了比较,得到了一些对旋翼设计有实用意义的结论     

某型水陆两栖飞机水面高速滑行振动研究

某型水陆两栖飞机在某次试飞过程中的水面高速滑行阶段出现海豚运动和机翼振动的异常现象,针对该现象展开原因分析研究。首先,建立飞机结构动力学有限元模型,研究弹性体飞机的固有动力特性;然后,建立双质量弹簧系统模型,结合水动力学研究飞机在水面滑行的运动特性;最后,结合飞机固有动力特性和水面高速滑行运动特性,分析飞机在水面高速滑行过程中机翼产生异常振动的原因。研究结果表明：飞机着水时因着水姿态以及自身静稳性等因素发生海豚运动;在某个运动时刻,当运动固有频率与机翼的一阶弹性模态频率耦合导致机翼振动。研究结果既为后续研究异常避免措施以及保证滑行试飞安全,提供了理论依据;也为水陆两栖飞机振动设计以及水面高速滑行振动分析提供了一种研究思路。     

基于非均匀梁模型的二维柔性机翼固有振动分析

变体飞行器通过光滑连续的结构变形改变气动特性,从而提高飞行器的飞行性能,具有很大的应用前景.由于这类新概念飞行器主要通过改变自身结构形状以获得最佳工作性能的需求,因此具有变形大、质量轻等特点,较容易发生结构振动响应.本文研究了一种以柔性变后缘作为变体形式的二维柔性机翼等效建模方法,基于非均匀梁模型假设,建立了该柔性翼的动力学模型.通过利用Frobenius方法得到解析解及固有频率,并用有限元方法进行对比验证,发现前4阶固有频率的误差均在1%以内,每阶固有频率对应的振型一致.通过3D打印工程塑料ABS和硅胶蒙皮材料制备了柔性机翼结构件,并通过动态测量法和拉伸试验分别测定了打印材料和硅胶蒙皮材料的杨氏模量,搭建振动响应实验平台对制备的柔性机翼试验件进行振动试验.对比发现模型振动试验获得的基频与理论模型结果一致,并与有限元方法误差在3%以内.本文通过理论分析和实验验证,建立了二维柔性机翼等效建模方法,研究结果将为柔性变后缘结构动力学特性分析及其控制应用方面提供理论支持.     

电动汽车电驱动系统振动特性分析

论文以某电动汽车为研究对象,采用理论与数值相结合的方法对电动汽车电驱动系统的振动特性进行研究．首先将整车模型划分为转子、定子、副车架、车身子结构及多个连接子结构;然后给出了电驱动系统电磁转矩和电磁径向力的解析表达式,采用模态综合法建立整车的非线性动力学模型,并对其响应特性进行分析．为了验证模型的正确性,论文还采用有限元法对系统的动力学特性进行仿真,仿真结果与理论结果具有较好的一致性;最后采用该模型分析了极弧系数和气隙长度对电驱动系统振动特性的影响以及电机悬置对车身振动的影响．论文研究对认识电动汽车电驱动系统的振动特性具有重要的促进作用．